новая папка 1 / 287892
.pdf
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.Проследить изменение фазового состояния при охлаждении системы, содержащей 50 % масс. воды при температуре 395. . .383 K.
3.Проверить применимость к данной системе правила прямолинейного диаметра Алексеева.
4.Определить массы равновесных фаз, на которые распадается
система, содержащая 50 % H2O, при температуре 383 K. Масса системы 0,2 кг.
Решение. 1. По табличным данным построим на миллиметровой бумаге диаграмму растворимости системы n-нитрогидрохи- нон — вода (рис. 4).
Кривая 1 выражает зависимость растворимости воды в n-нитрогидрохиноне от температуры, кривая 2 — зависимость растворимости n-нитрогидрохинона в воде. Критическая темпера-
Рис. 4. Диаграмма растворимости системы n-нитрогидрохинон — вода
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тура системы равна 393 K. При температуре выше 393 K система находится в гомогенном состоянии независимо от соотношения компонентов.
2. При температуре T = 395 K система, содержащая 50 % H2O (точка a), находится в гомогенном состоянии (расслаивания не наблюдается). Проведем через точку a перпендикуляр к оси абсцисс. При охлаждении до температуры T = 392 K (точка a1 на кривой растворимости) начинается расслаивание смеси. Для определения составов растворов 1 и 2 проведем ноду через точку a1 — получим линию a1a2. Опустив перпендикуляры на ось абсцисс, найдем состав раствора 1 и раствора 2. Раствор 1: 50 % H2O, 50 % n-нитрогидрохинона. Раствор 2: 68 % H2O, 32 % n-нитрогидрохинона. При дальнейшем охлаждении растворимость компонентов изменяется. При температуре T = 383 K зафиксируем на кривой растворимости точку a3. Проведем ноду a3a4. При этой температуре состав раствора 1: 38 % H2O; состав раствора 2: 76 % H2O.
3.Найдем середины нод и через их центры проведем прямую линию. Если правило прямолинейного диаметра Алексеева соблюдается, то прямая пересечет кривую растворимости в критической точке K.
4.По правилу рычага найдем массы равновесных фаз, т. е. растворов 1 и 2, при температуре 383 K для исходной системы, содержащей 50 % H2O:
|
m1 |
= |
Na4 |
= |
(76 |
−50) % |
= |
26 |
= 2,17, |
||||
|
m2 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
a3N |
(50 |
−38) % |
12 |
||||||||
или |
|
m1 |
|
|
|
m1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
= |
|
= 2,17, |
|||||
|
|
mсистемы −m1 |
0,2−m1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
m1 = 0,1369 кг, |
m2 = 0,0631 кг. |
||||||||||
Пример 2. При смешивании 50 г жидкости А с 50 г воды смесь разделилась на два слоя, один из которых содержит 10 % воды, другой — 80 % воды. Определить массу каждой фазы.
Решение. Исходная смесь содержит 50 % масс. жидкости А и 50 % воды. Обозначим фазу, содержащую 10 % жидкости А, как
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раствор 1, а содержащую 80 % жидкости А, — как раствор 2. По правилу рычага
|
m1 |
= |
(80 |
−50) % |
= |
30 |
= 0,75. |
||
|
m2 |
|
|
||||||
|
|
|
(50 |
−10) % |
|
|
40 |
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m1 |
|
= 0,75; |
||
|
|
|
mраствор −m1 |
||||||
mраствор = 100 г; m1 = 0,75(100 −m1); m1 = 42,86 г; m2 =
=100−42,86 = 57,14 г.
4.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1.Сформулируйте условия фазового равновесия. Какие процессы могут происходить в гетерогенной системе?
2.Рассмотрите общие условия равновесия в гетерогенной си-
стеме. Дайте определения фазы, числа независимых компонентов, вариантности системы. Сформулируйте правило фаз Гиббса.
3.Две жидкости обладают ограниченной взаимной растворимостью, причем взаимная растворимость уменьшается при повышении температуры. Изобразите диаграмму этой системы. Как называется критическая температура на этой диаграмме?
4.Что характеризует фазовая диаграмма? Рассмотрите виды
фазовых диаграмм для двух жидкостей с ограниченной взаимной растворимостью.
5.Какие точки называются сопряженными? Что называется нодой? Как по фазовой диаграмме определить составы равновесных фаз?
6.Сформулируйте правило прямолинейного диаметра Алексее-
ва. Как проверить его применимость? Для чего оно используется?
7.При смешивании 100 г анилина со 100 г воды смесь разделяется на два слоя, один из которых содержит 6 % анилина, другой — 88 % анилина. Определите массу каждого слоя.
8.При температуре 30 оС растворимость фенола в воде состав-
ляет 8 %, а растворимость воды в феноле — 30 %. Определите массы равновесных насыщенных растворов, полученных смешиванием 200 г фенола и 300 г воды.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9.Составы растворов м-фенилендиамина в бензоле (раствор 1)
ибензола в м-фенилендиамине (раствор 2), находящихся в равновесии, приведены в табл. 3.
Таблица 3
Раствор |
|
|
|
T, K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
310 |
320 |
330 |
335 |
340 |
343 |
343,8 |
||
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1, % масс. бензола |
89 |
86,5 |
82 |
79 |
72,5 |
64,5 |
55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2, % масс. бензола |
18,5 |
21,5 |
26 |
30 |
35,5 |
45 |
55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По экспериментальным данным:
1)построить диаграмму растворимости системы;
2)определить при температуре T = 325 K фазовый состав систем, содержащих:
а) 10 % бензола; б) 40 % бензола;
3)определить, как изменяется фазовый состав системы, содержащей 40 % бензола, при ее охлаждении от температуры 350 K до температуры 330 K?
4)проверить применимость к данной системе правила прямолинейного диаметра Алексеева;
5)найти массу бензола в растворах 1 и 2 при температуре 330 K, если исходная смесь содержит 40 % бензола. Масса системы 1 кг.
10.По экспериментальным данным, приведенным в табл. 4, построить диаграмму состояния системы жидкость А — вода по составам равновесных фаз.
Таблица 4
Насыщенный |
|
|
|
T, K |
|
|
|
|
раствор |
|
|
|
|
|
|
|
|
280 |
300 |
320 |
330 |
335 |
342 |
358 |
||
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жидкость А в воде, |
7,9 |
8,8 |
11,4 |
15,5 |
18,5 |
22 |
35,9 |
|
% масс. А |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вода в жидкости А, |
75,1 |
70,5 |
64 |
58,3 |
54 |
49,3 |
35,9 |
|
% масс. А |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
24 |
|
|
|
|
|
|
|
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1)определить, сколько фаз присутствует в каждой области диаграммы растворимости;
2)установить состав и массы фаз в смеси, содержащей 0,03 кг жидкости А и 0,07 кг воды при температуре 300 K;
3)обозначить на диаграмме следующие точки: а — гомогенный раствор, содержащий 80 % жидкости А при температуре 320 K; b — систему, содержащую 50 % жидкости А, расслаивающуюся на два несмешивающихся раствора: один состоит из 9,5 % жидкости А, другой — из 63 % жидкости А; c — гомогенный раствор, содержащий 5 % жидкости А при температуре 320 K.
11. Растворы, содержащие 20 % масс. жидкости А в воде и 60 % масс. воды в жидкости А находятся при температуре 340 K. Используя диаграмму растворимости, построенную при решении задачи 10, определить значение температуры, до которой нужно охладить систему, чтобы вызвать ее расслаивание.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
Бажин Н.М., Иванченко В.А., Пармон В.Н. Термодинамика для химиков М.: Химия; Колос С, 2004.
Захарченко В.Н. Сборник задач и упражнений по физической и коллоидной химии. М.: Просвещение, 1978.
Киселева Е.В., Каретников Г.С., Кудряшов И.В. Сборник примеров и задач по физической химии. М.: Высш. шк., 1976.
Практические работы по физической химии: учеб. пособие для вузов / Под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя, А.М. Пономаревой. CПб.: Профессия, 2002.
Физическая химия: Учеб. для вузов: В 2 т. / К.С. Краснов, Н.К Воробьев, В.Н. Годнев и др.; Под ред. К.С. Краснова. М.: Высш. шк., 2001.
Эткинс П. Физическая химия: Пер. с англ. Т. 1. М.: Мир, 1980.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
3 |
|
1. |
Теоретическая часть. Применение закономерностей термодина- |
|
мики к фазовым равновесиям . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
4 |
|
|
1.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
4 |
|
1.2. Условия фазового равновесия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
6 |
|
1.3. Правило фаз Гиббса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
8 |
|
1.4. Равновесие жидкость — жидкость в двухкомпонентных |
|
|
системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
10 |
|
1.5. Фазовые диаграммы для двухкомпонентных систем |
|
|
с ограниченной взаимной растворимостью жидкостей . . . . . |
11 |
2. |
Экспериментальная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
15 |
|
2.1. Порядок выполнения работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
16 |
|
2.2. Оформление отчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
19 |
3. |
Примеры решения задач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
20 |
4. |
Контрольные вопросы и задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
23 |
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
26 |
|
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Гончаренко Евгения Евгеньевна Бадаев Фатих Захарович Голубев Александр Михайлович Горячева Валентина Николаевна
ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМНОЙ РАСТВОРИМОСТИ ЖИДКОСТЕЙ В ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЕ
Редактор Е.К. Кошелева Корректор О.Ю. Соколова
Компьютерная верстка В.И. Товстоног
Подписано в печать 25.06.2012. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 1,63. Тираж 300 экз. Изд. № 15.
Заказ
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.